【文章內(nèi)容簡介】 研究單噴嘴的情況。我們假定：1)噴嘴端部 是銳邊的2)噴嘴與擋板間的距離與噴嘴孔直徑相比是很小的(通常z。／D。=；～去)a在這些假定條件下，作用在擋板上的液動力是由噴嘴孔處的靜壓力和射流到擋板上的動量所產(chǎn)生，即F+=P疊N+p Q。vN 啦一261式中 R一噴嘴孔處的壓力；哈爾濱工程大學(xué)碩士學(xué)位論文A：型薯一噴嘴孔的面積甌=VnA?！ㄟ^噴嘴iL的流量：v。一噴嘴孔斷面上的平均流速。壓力PⅣ可由伯努利方程求出只=只一二I∥Ⅳ2 (2～27)代入式(226)可得F。=(Pa+．1，Ⅳ2)A。 (2—28)噴嘴孔斷面上的平均流速可由下式求出，礦：盟：魚堡墮!二立叢!塑壘1山：—4C．(X：ox：—)厄p)ea堿／4(2—29)DⅣ將此式代入式(2—28)，則得㈣小學(xué)I∽s。，這就是作用在單噴嘴擋板閥上的液動力方程。在噴嘴與擋板之間 的間隙(x。一Xf)很小時，式(2—30)中括號內(nèi)的第二項就可以忽略，作用在擋板上的液動力就近似地等于靜壓力與噴嘴孔面積的乘積。當(dāng)擋板間隙(x。一Xf)增加時，由于射流動量的增大而使液動力增大。當(dāng)擋 板偏離噴嘴的距離較大時，作用在擋板上的液動力僅由射流動量所決 定，此時液動力可達(dá)噴嘴被關(guān)死時的液動力的兩倍，但是，這樣大的 距離在擋板閥中是不會碰到的，因為一個優(yōu)良的設(shè)計要求，這個準(zhǔn)則 使式(2—30)中括號里的第二項比1要小得多。上面講過，射流動量隨擋板間隙增大而增加，由此引起的液動力 增量與擋板的運(yùn)動方向一致，因此液動力具有負(fù)剛度。在xf=O及哈爾濱L程大學(xué)碩士學(xué)位論文Pa=12n的零點處求式(226)的導(dǎo)數(shù)值，可得零位液動力剛度為剿：_4以；脅腫出，l ” (2吲) 這種負(fù)剛度具有一種不穩(wěn)定的作用，因此要求驅(qū)動擋板的動力源 具有較大的正剮度來與之相抵償。但是，這種負(fù)剛度一般都很小，因而不會引起什么問題。 作用在單噴嘴擋板閥上的不平衡液動力，要求系統(tǒng)有一個微小穩(wěn)態(tài)誤差以使操縱元件提供一個平衡力。通常，既可以用一個彈簧來平 衡這個力，也可以在擋板的另一面裝一個小活塞并以壓力P。作用在活 塞面積上以阻止產(chǎn)生誤差。在浮子擋板一噴嘴結(jié)構(gòu)中，是由浮力來產(chǎn)生 的。下面我們研究雙噴嘴擋板閥上的液流作用力。參看圖2—4l。每一個噴嘴在擋板上所產(chǎn)生的液動力可由式(2—30)求出，即一J168。竿I∽sz，一[t+警] ∽ss，作用在擋板上的凈液動力為R一尼=∽一剛月一4貯芻kx，o—x，)2只一(x，o+x，)2最J=PLA一47配《2 x2fbPL+A7￡《2 x2jPL一氈，￡；xfnPsxf 妲一34)在噴嘴擋板閥中，通常z，0／D”2；～素在零位附近只≈xf≈o，故式(2—34)中的第二項和第三項可以忽略掉，近似地寫為E一疋=忍山(8nC；rPsx：o訌， (235)這是雙噴嘴擋板閥液流作用力方程的線性形式。式中第二項近似 為射流動量所產(chǎn)生的液動力。同樣的，在P一定時液動力剛度為負(fù)值，哈爾濱T程大學(xué)碩士學(xué)位論文且為單噴嘴擋板閥的2倍。擋板的運(yùn)動方程可寫為乃=以孑d20+勘警+KaO+(F1一砂 (2136)式中T。一作用在擋板上的驅(qū)動力矩： Ba一擋板的粘性阻尼系數(shù)； Ka一支承擋板的扭簧的扭轉(zhuǎn)剛度； r一噴嘴軸線至擋板扭軸的距離； 口一擋板相對于平衡位置的轉(zhuǎn)角。因為p角很小，可以認(rèn)為tan療：三￡。口 (2—37)將式(2—35)代人(2—36)并置換口，最后得乃=了da魯+_Baiaamp。：+吃A+降(8碼覡。)卜(238)。 ㈣ l，2 、 7 。r 西2 r 出為了防止擋板可能出現(xiàn)的不穩(wěn)定現(xiàn)象，必須使扭轉(zhuǎn)彈簧剛度Ka／r2大于激流力的負(fù)剛度(8萬C芻Psx。)。但是，這不是保證擋板穩(wěn)定性的唯一條件。因為在方程中所包含的負(fù)載壓差P。取決于擋板上的負(fù) 載，因此擋板閥的穩(wěn)定性還受到負(fù)載動態(tài)的影響，總的穩(wěn)定性必須對 閥所在的系統(tǒng)進(jìn)行分析后才能確定。2．5噴嘴擋板閥的設(shè)計噴嘴擋板閥的設(shè)計比較簡單，參數(shù)的選擇計算主要是確定噴嘴直 徑D。擋板的零位間隙x。和固定節(jié)流口直徑D0。噴嘴直徑可根據(jù)系統(tǒng)要求的流量增益確定。由式(2—22)可求出噴 嘴直徑為D。=二!!F(239)。’Ca：x、[Ps／p通常D。在0．3～1．2毫米的范圍內(nèi)。 零位間隙的最大值可以這樣確定：使噴嘴面積比噴嘴和擋板間的哈爾濱』程大學(xué)碩+學(xué)位論文環(huán)形節(jié)流面積充分大，以保證環(huán)形節(jié)流面積是可控的節(jié)流口，避免產(chǎn) 生流量飽和現(xiàn)象。通常取蛾孫≤(i1～≯1孕經(jīng)簡化，得到跏≤爭～魯(2t 0) 前面已經(jīng)講過，零位間隙取得小些，可以提高壓力靈敏度，減小 零位泄漏量，但對水中污物敏感，容易堵塞。芹。一般可在0．025～0．125毫米之間選取。在D。和X。確定以后，由式(23)可求得固定節(jié)流口直徑為Do=2‘iCa％。)；脅11]__ (2_41)當(dāng)取Poo／Ps=妄時，則得Z，1 1Do=2(蘭生DⅣx鄺)i (2—42)LdO：ft．X／o／DN=i1～而1，C4r／Cao=08時，DN／D?！?．6～2_3，這是經(jīng)常 使用的參數(shù)范圍。實際上，平衡壓力只。在0．3Ps～0．7Ps的范圍選取， 也可以得到良好的性能，此時由式(241)可求得相應(yīng)的Dn。值范圍為1．62(c礦DNx，0／Cdo)“2到2．48(c0DⅣx，0／Cao)1”。通常優(yōu)先采用和0．7尸s 相應(yīng)的較大的Do值，以提高抗堵塞的性能，但這要使零位泄漏流量和 液動力增大。由于銳邊節(jié)流口具有可預(yù)計的特性并且對溫度變化不敏感，因此 為人們所歡迎。但孔徑很小的薄壁銳邊節(jié)流口加工十分困難，價格較 高，因而限制了它的使用。通常采用短管型節(jié)流孔作為固定節(jié)流口， 其長度與直徑的比一般為2～4。流量系數(shù)巴。要比銳邊節(jié)流口大，其范圍一般為0．8～0．9。噴嘴與擋板間的可變節(jié)流口的流量系數(shù)c，的確哈爾濱f：f￡大學(xué)碩士學(xué)位論文定是比較復(fù)雜的。實驗結(jié)果表明，c。不但與雷諾數(shù)船有關(guān)，而且與噴嘴前端的幾何形狀和間隙X。的大小有關(guān)，如圖39所示。在噴嘴端 面厚度與間隙之比小于2，即三2時，可變節(jié)流口可認(rèn)為是銳邊的， 其流量系數(shù)Cd為0．6左右。當(dāng)L／x。較大時，液流自噴嘴出流后，與噴嘴前端的環(huán)狀壁面重新貼附，使流量系數(shù)增大，而且隨著雷諾數(shù)增大 有所增加，此時流量系數(shù)還要受到溫度變化的影響。因此，噴嘴前端 應(yīng)盡可能做得尖銳些，三／x。應(yīng)盡可能小些。這樣，不但使流量系數(shù)對溫度的變化不敏感，其特性可以比較準(zhǔn)確地預(yù)測，而且可以減小作 用在擋板上的液動力；由噴嘴前端厚度所引起的液動力，由于液流的 不穩(wěn)定而使作用在擋板上的液動力變化不定、難于預(yù)計。噴嘴前端的 傾斜角口應(yīng)大于300，此時它對流量系數(shù)便無顯著的影響了．在初步設(shè) 計時，可取C。／c。z O．8在流量系數(shù)測定以后，還需對節(jié)流口直徑作一些小的調(diào)整 Ⅲ9168。舯1。2．6本章小節(jié)本章簡要介紹了噴嘴一擋板閥的基本理論，通過對單噴嘴一擋板 閥和雙噴嘴一擋板閥的主要特性參數(shù)的對比，發(fā)現(xiàn)雙噴嘴一擋板閥具 有壓力靈敏度高、零位工作點的變動小、壓力一流量曲線的線性度和 對稱性好的特點。本章還介紹了噴嘴一擋板閥的不平衡液動力對噴嘴一擋板閥穩(wěn)定性的影響。最后，簡要介紹了噴嘴一擋板閥的主要設(shè)計參數(shù)如噴嘴直徑D。、擋板的零位間隙x。和固定節(jié)流口直徑Do如何進(jìn) 行選擇，為以后的設(shè)計計算提供了理論依據(jù)。啥爾濱工程大學(xué)碩士學(xué)位論文第3章 調(diào)節(jié)閥設(shè)計的理論基礎(chǔ)3．1概述調(diào)節(jié)閥又稱控制閥，是過程控制系統(tǒng)中用動力操作去改變流體流 量的裝置。調(diào)節(jié)閥是構(gòu)成各類熱工調(diào)節(jié)器的主要部件。通過調(diào)節(jié)閥的 動作，可以對溫度、壓力、流量、液位等四大熱工參數(shù)進(jìn)行控制。3．2調(diào)節(jié)閥的組成及分類調(diào)節(jié)閥是由執(zhí)行機(jī)構(gòu)和閥組成的。執(zhí)行機(jī)構(gòu)起推動作用，而閥是 調(diào)節(jié)閥的調(diào)節(jié)部分，與介質(zhì)直接接觸，在執(zhí)行機(jī)構(gòu)的推動下，改變閥 芯與閥座之間的流通面積，從而達(dá)到調(diào)節(jié)流量的作用。調(diào)節(jié)閥的類型 主要是由執(zhí)行機(jī)構(gòu)來決定。執(zhí)行機(jī)構(gòu)按類型可以分為：電動、氣動、 液動或者這三者的任意組合。按執(zhí)行機(jī)構(gòu)的不同，調(diào)節(jié)閥大致分為： 電動調(diào)節(jié)閥、氣動調(diào)節(jié)閥、液動調(diào)節(jié)閥、智能閥等。其中又以電動調(diào) 節(jié)閥和氣動調(diào)節(jié)閥在生產(chǎn)和生活中應(yīng)用最多”1“”3。但是本課題中涉及 的調(diào)節(jié)閥的執(zhí)行機(jī)構(gòu)不同與以往調(diào)節(jié)閥執(zhí)行機(jī)構(gòu)，采用一種全新的驅(qū) 動方式，完全依靠自身流體的流動來提供動力，是一種自能源的驅(qū)動 方式。3．3調(diào)節(jié)閥口徑的選擇調(diào)節(jié)閥口徑的選擇主要包括兩部分：閥座口徑的選擇、閥門公稱 直徑的選擇。在調(diào)節(jié)閥的設(shè)計計算中，經(jīng)常提到調(diào)節(jié)閥通徑。調(diào)節(jié)閥 通徑確切說是調(diào)節(jié)閥閥座的直徑，而不是與管道相連接的公稱通徑， 切忌按照實際的管道直徑直接選擇調(diào)節(jié)閥的規(guī)格。調(diào)節(jié)閥口徑選擇是 閥門的設(shè)計中一個關(guān)鍵環(huán)節(jié)。閥選擇過大，將使閥門工作在小開度位 置，降低調(diào)節(jié)質(zhì)量，甚至引起系統(tǒng)震蕩；選擇過小，則不能滿足最大 設(shè)計流量的要求，使操作不能正常進(jìn)行。因此，調(diào)節(jié)閥口徑的選擇尤哈爾濱ⅢI。程大學(xué)碩士學(xué)位論文為慎重，直接決定了調(diào)節(jié)閥以后的工作性能。在設(shè)計實際中，經(jīng)常采 用流量系數(shù)法來確定調(diào)節(jié)閥的口徑m1。由于可壓縮流體和不可壓縮流 體的流量系數(shù)計算方法完全不同，而本課題中涉及到的調(diào)節(jié)閥的工作 介質(zhì)為不可壓縮流體，因此在本章中介紹的是不可壓縮流體流量系數(shù) 的計算方法。在計算流量系數(shù)之前，首先要確定計算流量Qm。、Qm。以 及選定系統(tǒng)壓差。根據(jù)上述參數(shù)求得最大流量系數(shù)并對其進(jìn)行圓整，在此基礎(chǔ)上選定調(diào)節(jié)閥口徑。具體的計算程序如圖3．1所示u” ]：圖3．1調(diào)節(jié)閥口徑選擇流程圖哈爾濱T程大學(xué)碩士學(xué)位論文3．3．1調(diào)節(jié)閥流量系數(shù)計算調(diào)節(jié)閥是一個局部阻力可以改變的節(jié)流件””“盯?！?。當(dāng)流體通過調(diào) 節(jié)閥時，由于閥座與閥芯之間的流通面積突然變小，形成局部阻力。 通常用閥前后的壓差表示阻力損失的大小。如圖3．2所示：圖3．2為一前后管徑一致的調(diào)節(jié)閥，根據(jù)能量守恒原理，流經(jīng)調(diào) 節(jié)閥的流體能量損失為H=(只一馬)／P (31)式中： H一單位質(zhì)量流體流過調(diào)節(jié)閥的能量損失； P。一調(diào)節(jié)閥前壓力；P。一調(diào)節(jié)閥后壓力。又因為單位重量的流體的能量損失同流體的動能成正比，所以有H=知2／29 (32)式中：m一流體的平均流速； ‘一調(diào)節(jié)閥的阻力系數(shù)。流體在調(diào)節(jié)閥內(nèi)的平均流速國=Q／A (33)式中：Q一流體的體積流量； A一調(diào)節(jié)閥連接管道的橫截面積。由式(31)、(32)、(33)，可得調(diào)節(jié)閥的流量公式如下：Q2萬A伽吲 (34)上述方程式的各項參數(shù)采用下列單位：A——cm2Pg／cm3 Q—m3／hP，、P。△P一100kPaQ五。，萬A J等3c√等cmⅦ， c。s， 有哈爾濱J：程大學(xué)碩士學(xué)位論文其中 cs．。，番=Q√臺 ∽e，圖3．2流體流過調(diào)節(jié)閥時的壓力和速度的變化關(guān)系c就是流量系數(shù)，與閥芯和閥座的結(jié)構(gòu)、閥前后的壓差以及流體 的性質(zhì)有關(guān)。流量系數(shù)在一定程度上體現(xiàn)了調(diào)節(jié)閥的流通能力。流量 系數(shù)可以有不同的形式，采用計算單位不同，流量系數(shù)的表達(dá)形式和大小有所不同。目前流量系數(shù)常用的表現(xiàn)形式有K，、c。、A。3．3．2壓力恢復(fù)系數(shù)以及阻塞流的影晌在調(diào)節(jié)閥的流量系數(shù)的計算公式中，把調(diào)節(jié)閥前后的壓差理解為 閥前的壓力直接降為閥后的壓力。實際情況是：流體流過調(diào)節(jié)閥，閥 芯與閥座處由于通流面積最小，速度達(dá)到最大，靜壓最小，此后由于 通流面積逐漸增大，流速減小，靜壓逐漸恢復(fù)。 。但是由于存在著相 互摩擦，會損失一部分能量，閥后的壓力P。不可能恢復(fù)至閥前的壓力 P，這樣就在閥前、后形成一個壓力差A(yù) P。哈爾濱工程入學(xué)碩士學(xué)位論文從調(diào)節(jié)閥的流量計算公式可以看出，調(diào)節(jié)閥的流量與閥前、后的 壓差A(yù) P成正比。實際情況中，當(dāng)閥前、后的壓差達(dá)到某～一臨界值時， 通過調(diào)節(jié)閥的流量也達(dá)到極限。介質(zhì)為液體時，當(dāng)閥前后的壓差降到 足以引起液體汽化(即產(chǎn)生空化和閃蒸現(xiàn)象)時，也會出現(xiàn)這種極限 的流量。q圖3．3 Q與√△P的關(guān)系曲線如圖3．3所示，當(dāng)阻塞流出現(xiàn)后，流量與△P之間的關(guān)系不再遵 循公式(3—4)。此時，若按實際壓差計算的QI?！葘嶋H流量Qm。大很多。因此為了精確的計算此時的流量，只能把開始產(chǎn)生阻塞流時的壓降釁作為計算用的壓降。阻塞流產(chǎn)生于縮流處及其下游。為了說明這一特性，可以用壓力 恢復(fù)系數(shù)E來描述：鷹 (3—7)即 蝎=咒2(E一‰) (3—8)式中％表示產(chǎn)生阻塞流時縮流斷面的壓力吒的值是閥體內(nèi)部幾何形狀的函數(shù)，它表示調(diào)節(jié)閥內(nèi)流體流經(jīng)縮哈爾濱工程人學(xué)碩士學(xué)位論文流處之后動能變?yōu)殪o壓的恢復(fù)能力。各種閥門因結(jié)構(gòu)不同，其壓力恢 復(fù)能力和壓力恢復(fù)系數(shù)也不相同。一般E=O．50．98，F(xiàn)L越小，A P 比只一乓，小的很多，即壓力恢復(fù)越大。在調(diào)節(jié)閥的設(shè)計計算中